楊燕紅，王永忠

(西華大學(xué) 汽車測控與安全四川省重點實驗室，成都 610039)

高等學(xué)校承擔(dān)教學(xué)與科研的雙重任務(wù)。高校內(nèi)燃機實驗室是車輛工程、熱能與動力工程、汽車服務(wù)專業(yè)授課及大學(xué)生科技創(chuàng)新活動必不可少的場所。同時，隨著高校與企業(yè)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合日益緊密，學(xué)校教師利用內(nèi)燃機實驗室開展相關(guān)研究、測試的科研項目也越來越多［1－6］。

面向教學(xué)及科研，結(jié)合學(xué)校內(nèi)燃機實驗室重建項目，進行了如下內(nèi)燃機實驗室的規(guī)劃、設(shè)計及實施。

1 實驗室總體布置

整個實驗室分為主樓和輔樓兩部分，如圖1所示［7］。實驗室的主樓后側(cè)僅有一層，層高7 m，樓下為安裝發(fā)動機臺架的實驗室，樓上為安裝各實驗室通風(fēng)設(shè)備的地方。主樓前側(cè)(控制室一側(cè))為兩層，第一層主要為教學(xué)活動場所，第二層為科研活動場所。

考慮到發(fā)動機試驗時的振動及噪聲，教學(xué)及科研用發(fā)動機臺架都安裝在一樓，如圖2所示。1至5號實驗室共設(shè)置了7個發(fā)動機臺架，測試設(shè)備安裝使用情況如表1所示。

2 實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

實驗室采用常規(guī)的通風(fēng)方式，即利用外部空氣強制通風(fēng)，從實驗室?guī)ё吒飨到y(tǒng)產(chǎn)生的熱量。

根據(jù)各實驗室配置的發(fā)動機型號、規(guī)格及測功機型號，通過實驗室發(fā)動機、排氣系統(tǒng)、測功機等散失的熱量比例可估算熱負(fù)荷是HL(kW)，如表2所示。

根據(jù)各實驗室的熱負(fù)荷HL，則需要的空氣流量計算公式為:

由于實驗室溫度升高10℃是合理的，則ΔT=10℃。

圖1 試驗室總體外觀

圖2 實驗室一層平面總體布局

表1 各實驗室測試設(shè)備情況

有了各實驗室所需通風(fēng)的空氣流量，再加上一定的富余量，就可以確定各實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的組成及規(guī)格如表4所示。

3 發(fā)動機及發(fā)動機臺架冷卻系統(tǒng)設(shè)計

3.1 冷卻系統(tǒng)水回路設(shè)計

從既往的科研項目來看，在發(fā)動機臺架上進行可靠性、耐久性及相關(guān)性能試驗的情況較多，這些試驗占用臺架時間長，且具有連續(xù)性。考慮到在進行科研活動的同時，教學(xué)活動也有可能同時進行，本實驗室發(fā)動機及臺架冷卻系統(tǒng)采用水池存水的開式系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 水池在水的開放式冷卻凈流

表2 實驗室發(fā)動機、排氣系統(tǒng)、測功機等散失的熱量比例

水池位于地面以下，由隔水墻分為熱水池和冷水池，水從冷水池一側(cè)開始循環(huán)，通過冷卻水循環(huán)泵加壓到測功機及發(fā)動機冷卻系統(tǒng)對其進行冷卻，然后流回到熱水池一側(cè)。熱水通過冷卻塔泵抽到冷卻塔上，再由冷卻塔流回冷水池。

表3 實驗室的排風(fēng)、送風(fēng)量

3.2 冷卻系統(tǒng)水流量確定

對經(jīng)過發(fā)動機冷卻水套后的溫度升高值一般設(shè)計為10℃。將電渦流測功機冷卻水最高出口溫度為60℃，水力測功機冷卻水最高出口溫度定為70℃。

根據(jù)表5及各實驗室的配置可得到各實驗室的冷卻負(fù)荷。由冷卻負(fù)荷及表6可計算出各實驗室的冷卻水流量。根據(jù)各實驗室的冷卻水流量，則可確定冷卻系統(tǒng)的水流量。

表4 實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的組成及規(guī)格

表5 冷卻負(fù)荷

表6 冷卻水流量

根據(jù)各實驗室的配置，由表5計算出冷卻負(fù)荷，再根據(jù)冷卻負(fù)荷由表6計算出各實驗室的冷卻水流量，從而確定冷卻系統(tǒng)的設(shè)備型號。

4 結(jié)束語

本實驗室建成后，極大地改善了發(fā)動機實驗環(huán)境，很好地滿足了教學(xué)及科研的需求。實驗室內(nèi)可一次性完成內(nèi)燃機原理實驗、環(huán)保學(xué)實驗等實驗項目。實驗室還面向企業(yè)及社會進行了新型燃料對比試驗、發(fā)動機及其零部件性能及耐久性實驗、發(fā)動機排放試驗等科研項目。被政府相關(guān)部門授予“汽車整車及零部件測試”重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺。

［1］趙國柱，姚靜.“發(fā)動機構(gòu)造與原理”課程實驗教學(xué)改革［J］.實驗室研究與探索，2009，28(4):137－139.

［2］朱軍，周建軍.提高高校大型儀器設(shè)備使用效益的思考［J］.實驗技術(shù)與管理，2011，28(7):205－207.

［3］杜明輝，葉朝良，劉鵬.國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的研究與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2011，28(7):130－133.

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［5］趙國柱，姚靜.內(nèi)燃機實驗教學(xué)新體系的構(gòu)建［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26(3):137－138.

［6］趙青山，鄒月利，徐雅琴.大型儀器設(shè)備科學(xué)管理體系的研究與實踐［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8(3):171－173.

［7］A.J.馬特，M．A．普林特.發(fā)動機試驗理論與實踐［M］.宋進桂，于京諾，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2009.